专利名称：：利用超声导波无损检测公路护栏立柱基础土压实度的方法
技术领域：
：本发明涉及一种利用超声导波无损检测部分埋置于路基中的高速公路护栏立柱周围基础土压实度的方法，属于无损检测领域。
背景技术：
：为防止在高速公路上行驶的汽车冲出公路或驶入公路的对向车道引发交通事故，现代高速公路的路侧及中央隔离带内都架设有防撞护栏，而护栏立柱是护栏的主要承载部件。由于护栏周围的条件复杂，在埋设过程中容易造成立柱周围的基础土压实度不足，引起护栏立柱的防撞性能下降，给交通运输造成事故隐患。由于公路护栏立柱部分埋置于公路的路基中，其失效形式存在着很强的隐蔽性，对其进行有效的检测特别是埋地部分存在很大的困难。国家标准目前采用方法是灌沙法及环刀法等检测公路路基的压实度，会对公路的路基造成一定程度的破坏，目前没有见到利用超声导波方法检测护栏基础土的压实度的相关报道。
发明内容本发明的目的在于提出一种新的高速公路护栏立柱周围基础土压实度的检测方法，该方法在不破坏公路路基的前提下，可以简单、快速、准确地检测公路护栏立柱周围基础土的压实度。本发明为一种利用超声导波无损检测部分埋置于不同介质中护栏立柱周围基础土压实度的方法，该方法是按以下步骤进行检测的1)确定被检测护栏立柱的内直径、外直径、壁厚、密度、纵波波速、横波波速，横波衰减系数、纵波衰减系数；计算出未埋地立柱的群速度频散曲线和衰减频散曲线；2)从未埋地的立柱频散曲线上选取频率在50kHz270kHz范围内，群速度在51505420m/s范围内的纵向轴对称模态所对应频率检测频率，在此频率和群速度范围内，纵向轴对称模态在埋地部分和未埋地部分的传播速度相同，并且衰减值较�。梢源プ愎坏木嗬耄芄坏玫郊扑闼ゼ跸凳枰牡谝淮味嗣婊夭ê偷诙味嗣婊夭ǖ姆担�4)将所选检测频率输入任意函数发生器，任意函数发生器生成中心频率为该检测频率的单音频信号，经功率放大�？榉糯蠛蟮玫浇细叩募だ缪梗ü藕欧掷肟啬？榇渲林糜诼裼诼坊械幕だ噶⒅瞬康牡疾ㄊ辗⒆爸茫诨だ噶⒅屑だ菹蛑岫猿频疾Ｌ桓玫疾ㄐ藕庞龅搅⒅牡叵虏糠值亩瞬坎瓷洌纬苫夭ㄐ藕牛玫疾Ｌ嵩诹⒅纳舷露嗣婕淅椿胤瓷洌纬梢淮我陨系亩嗣婊夭ㄐ藕牛挥赏坏疾ㄊ辗⒆爸媒邮沾硕嗣婊夭ㄐ藕牛豢啬？榇渲潦静ㄆ鳎煌ü静ㄆ飨允镜亩嗣娣瓷洳ㄐ瓮既范ǖ谝淮蜗露嗣婊夭ǖ姆宸逯礎i和第二次下端面回波的峰峰值A2;4)从未埋地立柱的衰减频散曲线中读出检测频率下的衰减系数，并乘以立柱的长度，得到立柱在未埋地时的衰减值」"o;5)按以下步骤计算衰减系数按下式计算部分埋地立柱的衰减值J"=—201og10042/4)计算由于土壤吸收引起的衰减系数—颠—氛"^2x立柱的埋地部分的长度6)不同的衰减系数的值可以代表不同的护栏基础土的压实度，衰减系数值的大小，表明立柱周围基础土的压实程度的高低。所述的导波收发装置为为压电超声导波传感器、或磁致伸縮传感器。本发明主要具有以下优点1)可以实现对护栏基础土压实程度的无损检测；2)所用频率范围远超出自然界和常见振动频率范围之外，不受工况影响；3)对公路路基没有破坏，检测速度快，检测成本低。图1检测装置原理图图2检测方法流程示意图图3护栏立柱埋地部分和未埋地部分的群速度频散曲线图。图中实线表示埋地部分的频散曲线，虚线代表未埋地部分的频散曲线图4立柱的衰减曲线图5激励信号中心频率为180kHz时所接收的护栏立柱端面反射波形图6土壤密实程度1下，激励信号中心频率为180kHz时所接收的埋于路基中的护栏立柱端面反射波形图7土壤密实程度3下，激励信号中心频率为180kHz时所接收的埋于路基中的护栏立柱端面反射波形图8土壤密实程度5下，激励信号中心频率为180kHz时所接收的埋于路基中的护栏立柱端面反射波形图9土壤密实程度8下，激励信号中心频率为180kHz时所接收的埋于路基中的护栏立柱端面反射波形图IO压实度与衰减系数的关系曲线具体实施例方式以下结合本发明的内容提供以下实施例-如图1所示，本实施例中立柱为长度1200mm，内直径105mm，外直径114mm，壁厚4.5mm的无缝钢管。密度为7800kg/m3，纵波波速为5960m/s，横波波速为3260m/s，纵波衰减系数为0.002np/wl，横波衰减系数为0.001np/wl，埋地部分的长度为300mm。1)根据护栏立柱的参数，计算群速度频散曲线和衰减频散曲线，在50270kHz范围内、群速度为5400m/s选取频率180kHz作为检测频率；2)将立柱埋入土壤中，并用击实锤将土壤击实到一定的密实程度。3)将检测频率输入任意函数发生器l，任意函数发生器l产生一个中心频率为180kHz的单音频信号。经功率放大�？�2进行电压放大，经转换开关�？�3施加于导波收发元件4上，在被测立柱中产生纵向轴对称导波模态；导波收发元件4由压电探头、磁致伸縮探头组成；4)上述纵向轴对称导波模态在立柱的另一端部反射，导波收发元件4接收到纵向导波的端部回波信号，经转换开关�？�3，放大电流信号后，送入示波器5;5)根据示波器5上显示的端面反射波形图，确定两次端面回波的幅值。图7-10为180kHz频率下所接收的，四种不同压实程度下的，部分埋于路基中的高速公路护栏立柱端面反射波形图。6)计算信号的衰减系数。以下计算过程只列出压实程度8时的数值和计算过程在180kHz时，第一次端面回波的峰峰值为198.95mV，第二次端面回波的峰峰值为105.41mV。未埋地立柱的衰减值^"o=0.668x1.2=0.802^5半埋地立柱的衰减值」"=-201og10(^2/4)=_201og10(l05.41/198.95)计算由于土壤吸收引起的衰减系数一*—血o"=2><立柱的埋地部分的长度一5.517-0.802—~2x0.3~~=7.86必/附7)按照JTJ-051-93《公路土工实验规程》中的环刀法求出压实度。8)通过改变土壤密实程度的大�。馗床街�3-7，得到衰减系数和土壤不同压实度的关系。下表为不同土壤压程度下测得的对应的导波衰减系数。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>图10为180kHz时，不同土壤密实程度下衰减系数与立柱基础土压实度的对应关系。在工程实际中可以根据具体的护栏立柱规格、入地长度、土壤情况，做出类似于图IO所示的衰减系数与压实度的曲线，作为标定曲线。在实际检测中，通过上面所述的检测方法确定实测的衰减系数大小，然后通过査询标定曲线，确定对应的基础土压实度。权利要求1、利用超声导波无损检测公路护栏立柱基础土压实度的方法，其特征在于，该种方法是按以下步骤进行检测的1)确定被检测立柱的内径、外径、立柱材料的密度、纵波波速、横波波速、纵波衰减系数、横波衰减系数，计算出未埋地立柱的群速度频散曲线和衰减频散曲线；2)从埋置前立柱的群速度频散曲线上选取频率在50～270kHz范围内，群速度在5150～5420m/s范围内的纵向轴对称模态所对应的频率作为检测频率。3)将所选检测频率输入任意函数发生器(1)，任意函数发生器(1)生成中心频率为该检测频率的单音频信号，经功率放大�？�(2)得到放大后的激励电压，通过信号分离开关(3)传输至置于埋于路基(7)中的护栏立柱(6)的上端部的导波收发元件(4)，在护栏立柱中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态会在立柱的上下端面间来回反射，形成一次以上的端面回波信号，由同一导波收发元件(4)接收此端面回波信号，经转换开关�？�(3)传输至示波器(5)；通过示波器(5)显示的端面反射波形图确定第一次下端面回波的峰峰值A1和第二次下端面回波的峰峰值A2；4)从未埋地立柱的衰减频散曲线中读出检测频率下的未埋地立柱的衰减系数，并乘以立柱的长度，计算出信号在埋地前在立柱中的衰减值Att0；5)按下式计算检测频率下部分埋地立柱的衰减值AttAtt＝—20log10(A2/A1)按下式计算由于土壤吸收引起的衰减系数6)不同衰减系数的值表示不同的护栏基础土压实度，衰减系数值的大�。砻髁⒅芪Щ⊥裂故刀鹊母叩�。2、根据权利要求1所述的利用超声导波无损检测公路护栏立柱基础土压实度的方法，其特征在于所述的导波收发元件(4)为超声导波传感器或磁致伸縮传感器。全文摘要本发明是利用超声导波无损检测公路护栏立柱基础土压实度的方法，属于无损检测领域。该方法是先确定埋置前护栏立柱的参数，计算埋地前立柱的群速度频散曲线和衰减频散曲线；从群速度频散曲线上选取检测频率并输入任意函数发生器生成单音频信号，经功率放大模块、转换开关�？�、导波收发元件，在立柱中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到立柱端部产生端面回波，该端面回波经导波收发元件、转换开关�？榇潦静ㄆ鳌Ｈ范酱味嗣婊夭ǖ姆挡⒓扑愠龅疾ㄐ藕潘ゼ酰煌ü扑闼ゼ跸凳拇笮〖纯膳卸匣⊥裂故刀鹊母叩�。本发明具有不破坏立柱及基础土结构、快速、检测成本低等优点。文档编号G01N29/04GK101413276SQ20081022768公开日2009年4月22日申请日期2008年11月28日优先权日2008年11月28日发明者何存富,斌吴,宋国荣,王学浦,王秀彦申请人:北京工业大学
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